Deutsches Biomasseforschungszentrum ggmbh DBFZ Regionale Biomassepotenziale und Standortbewertung am Beispiel von Stroh in Sachsen GIS-basierte Ermittlung von Biomasse-Bereitstellungskosten André Brosowski GeoForum MV 2012, Rostock-Warnemünde, 16.04.2012 Deutsches Biomasseforschungszentrum ggmbh, Torgauer Str. 116, D-04347 Leipzig, www.dbfz.de
Gliederung Einleitung Erneuerbare Energien in Zahlen Definition Biomassepotenziale (am Beispiel Stroh) Warum Stroh? Methodik Ergebnisse Fazit & Ausblick 2
Prozent DBFZ Einleitung Erneuerbare Energien in Zahlen (Stand März 2012) 40 35 30 Erneuerbare Energien im Überblick Stand März 2012 35 % Biomasse 2011 67 % Endenergieverbrauch 30 % Strom 91 % Wärme 100 % Kraftstoff 25 20 18 % 20 % 15 10 5 12,2 % 10,4 % 14 % 5,6 % 10 % 0 2011 Ziel 2020 2011 Ziel 2020 2011 Ziel 2020 2011 Ziel 2020 Endenergieverbrauch Strom Wärme Biokraftstoff ZIEL 2020 Wasserkraft Windenergie Biomasse Photovoltaik Solar-/Geothermie Solarthermie Geothermie (Quelle: Eigene Darstellung, nach AGEE-Stat) 3
Einleitung Definition Biomassepotenziale 30 Mio. tfm/a 8-13 Mio. tfm/a???? Theoretisches Potenzial Technisches Potenzial Wirtschaftliches Potenzial Erschließbares Potenzial Gesamtmenge Strohaufwuchs Technische Restriktionen Konkurrenzfähigkeit? Verkaufsbereitschaft? Nachhaltige Bodennutzung Stoffliche Nutzung Quellen: nach Kaltschmitt, Hartman & Hofbauer 2009; Zeller et al. 2011 4
Strom Wärme Stromgestehungskosten [ct/kwhel] DBFZ Einleitung Warum Stroh? 30 25 Fossile Referenz 20 THG-Emissionen bei Kraft-Wärme-Kopplung Stromgestehungskosten Stroh Heizkraftwerk 11,2 [ct/kwhel] MW 26,7 22,4 EEG-Boni: 19,7 ct/kwh 15 Stroh-HKW 11,2 MW 10 Fossile Referenz 5 6,4 13,0 82-88 % 0 Erdgas GuD 400 MWel Stroh-HKW 2,3 MWel Biogene Festbrennstoff-KWK 2 MWel 65-84 % 60 /t Brennstoffkosten 0 50 100 150 200 250 300 gco 2 -Äq./MJ 90 /t Brennstoffkosten Stroh-HKW 2,3 MWel Gesamt Min. Max. Quelle: nach Zeller et al. 2011 5
Gliederung Einleitung Methodik GIS-Analyse zur Ermittlung standortbezogener Strohpotenziale Excel-Tool zur Berechnung von Bereitstellungskosten Ergebnisse Fazit & Ausblick 6
Methodik GIS-Analyse: Ausgangspunkt Was steht zur Verfügung? Strohpotenziale auf LK-Ebene Weizen, Roggen, Gerste, Triticale, Hafer Ackerflächen aus ATKIS BasisDLM Auflösung: 25m Flächenerfassung: > 1 ha 45.714 Ackerflächenpolygone aus BasisDLM (Ebene veg01_f, OBA 4101) Luftbild: BING Maps Aerial (ESRI Online Map) 7
Methodik GIS-Anaylse: Datenaufbereitung Modellierung durch Auswertung der statistischen Datenbasis Jedes Ackerflächenpolygon repräsentiert den Durchschnitt des jeweiligen Landkreises Datenbasis: Agrarstrukturerhebung Ø 1999, 2003, 2007, 2010 Ackerfläche Landkreis Gesamte Getreidefläche Landkreis Anteil Weizen, Roggen, Gerste, Triticale, Hafer an Getreidefläche Anteil Weizen, Roggen, Gerste, Triticale, Hafer an Ackerfläche z.b. 100 ha 52 ha 95% 49,4 ha >>> In Verbindung mit den Strohpotenzialen wird Ertrag abgeleitet 8
Methodik GIS-Analyse: Berechnungen Faktoren LK-Ebene Flächenanteil Ertrag Flächenberechnung Ackerflächenpolygone Ergebnisse als Punkt-Shape (Mittelpunkte der Polygone) 9
Methodik GIS-Analyse: Zwischenergebnis 10
Methodik GIS-Analyse: Standortbezogene Auswertung Geschlossenes Modellsystem 100 km Einzugsradius 5 km Radien Straßenverlängerungsfaktor: 1,2 >>> Strohpotenzial nach Einzugsradien 11
Methodik Excel-basiertes Berechnungstool Bereitstellungskosten Ergebnisse aus GIS Analyse Ballenpressung Variable Parameter: Anlagebedarf Lagerkapazität des Anlagenlager Ballenbergung Strohverfügbarkeit Transport Direktlieferung Personalkosten Zwischenlagerung Kraftstoffpreise Arbeitsgeschwindigkeiten der Maschinen Entladung Maximale Arbeitsentfernungen für Maschinenkombinationen Transport Mittlere Entfernung zum Zwischenlager Dauer der Beladung Verzögerungszeiten (Standzeit, Umsetzzeit) Transport Gewinnmarge Entladung Transport Zwischenlager Beladung Kostengrundlage KTBL Betriebsplanung Landwirtschaft >>> Vollkostenrechnung Quelle: nach KTBL Betriebsplanung Landwirtschaft Anlagenlager 12
Gliederung Einleitung Methodik Ergebnisse Standortbezogen Anlagenbezogen Fazit & Ausblick 13
Ergebnisse Standortbezogene Strohverfügbarkeit 450.000 400.000 402.328 t FM Strohverfügbarkeit [tfm] 350.000 300.000 250.000 200.000 150.000 100.000 50.000 Döbeln Grimma Schwarzenberg/Erzg. Pirna Niesky 78.158 t FM 0 0 25 50 75 100 Entfernung [km] 14
Bereitstellungskosten [ /t] DBFZ Ergebnisse Standort-/anlagenbezogene Bereitstellungskosten Heizkraftwerk 11,2 MW Pelletierwerk 100,00 95,00 94,17 90,00 85,00 86,99 Kostenunterschied pro Jahr: 695.224 80,00 75,00 70,00 65,00 Kostenunterschied pro Jahr: 229.266 69,62 73,96 60,00 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000 80.000 90.000 100.000 Anlagenbedarf [ttm] Döbeln Grimma Pirna Schwarzenberg/Erzg. Niesky Rahmenbedingungen Standardszenario: Strohverfügbarkeit: 100 %; Personalkosten Traktor/LKW: 15/15 /h; Kraftstoffpreise Traktor/LKW: 0,70/1,40 /l; Entfernung zum Zwischenlager: 2 km; Stand-/Reparaturzeiten: 10%; Arbeitsgeschwindigkeit Traktor Feld/Straße: 8/25 km/h, LKW: 40 km/h; Bergezeit pro Ballen: 1 min; Be-/Entladezeit pro Ballen: 0,5 min; Anlagenlager: 250 t; Max. Transportentfernung Traktor: 10 km; Gewinnspanne: 10%; Kosten Kompensationsdüngung: 27,70 /t TM ; Ballengröße: 220x120x70 cm (auf Basis von KTBL 2010, FNR 2007) 15
Bereitstellungskosten [ /t TM ] DBFZ Ergebnisse Bereitstellungskosten am Standort Döbeln 95,00 90,00 Strohverfügbarkeit: 10 % Strohverfügbarkeit: 25 % 85,00 80,00 75,00 Gewinnspanne: 15 % LKW-Kraftstoff: 1,60 /l STANDARDSZENARIO Entfernung Zwischenlager: 500 m 70,00 65,00 60,00 5.000 35.000 65.000 95.000 Anlagenbedarf [t TM ] Rahmenbedingungen Standardszenario: Strohverfügbarkeit: 100 %; Personalkosten Traktor/LKW: 15/15 /h; Kraftstoffpreise Traktor/LKW: 0,70/1,40 /l; Entfernung zum Zwischenlager: 2 km; Stand-/Reparaturzeiten: 10%; Arbeitsgeschwindigkeit Traktor Feld/Straße: 8/25 km/h, LKW: 40 km/h; Bergezeit pro Ballen: 1 min; Be-/Entladezeit pro Ballen: 0,5 min; Anlagenlager: 250 t; Max. Transportentfernung Traktor: 10 km; Gewinnspanne: 10%; Kosten Kompensationsdüngung: 27,70 /t TM ; Ballengröße: 220x120x70 cm (auf Basis von KTBL 2010, FNR 2007) 16
Ausgewählte Parameter DBFZ Ergebnisse Stromgestehungskosten am Standort Döbeln EEG-Boni 19,7 ct/kwh Strohverfügbarkeit 10 % 25,4 Strohverfügbarkeit 25 % 24,7 Gewinnspanne 15 % 24,0 Standardszenario 23,7 Entfernung Zwischenlager 500m 23,4 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Stromgestehungskosten [ct/kwh el ] Rahmenbedingungen Standardszenario: Strohverfügbarkeit: 100 %; Personalkosten Traktor/LKW: 15/15 /h; Kraftstoffpreise Traktor/LKW: 0,70/1,40 /l; Entfernung zum Zwischenlager: 2 km; Stand-/Reparaturzeiten: 10%; Arbeitsgeschwindigkeit Traktor Feld/Straße: 8/25 km/h, LKW: 40 km/h; Bergezeit pro Ballen: 1 min; Be-/Entladezeit pro Ballen: 0,5 min; Anlagenlager: 250 t; Max. Transportentfernung Traktor: 10 km; Gewinnspanne: 10%; Kosten Kompensationsdüngung: 27,70 /t TM ; Ballengröße: 220x120x70 cm (auf Basis von KTBL 2010, FNR 2007) 17
Gliederung Einleitung Methodik Ergebnisse Fazit & Ausblick 18
Fazit & Ausblick GIS-Analyse trägt dazu bei, das wirtschaftliche Potenzial der energetischen Strohnutzung standortbezogen bewerten zu können Unsicherheiten Ansatz Ackerpolygon repräsentiert Durchschnitt des Landkreises Logistikkette mit Vollkostenrechnung kalkuliert Sachsen als geschlossenes Modellsystem betrachtet Straßenverlängerungsfaktoren kritisch zu bewerten Ausblick Analyse für ganz Deutschland Netzwerkanalysen der Wegstrecken Ausweitung Maschinenkombinationen Identifikation von Vorzugsgebieten Regionaler Abgleich der Rahmenbedingungen mit Experten Übertragung auf weitere Reststoffe/Rohstoffe 19
Vielen Dank! DBFZ Deutsches Biomasseforschungszentrum ggmbh Torgauer Straße 116 D-04347 Leipzig www.dbfz.de Dipl.-Geogr. André Brosowski Tel. +49 (0) 341 2434 718 Fax +49 (0) 341 2434 133 andre.brosowski@dbfz.de